CN107584132A - 一种球形微粒子的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形微粒子制备方法，包括刨花制备、破碎、球磨、筛选、快速加热熔化及球化工序，属于球形微粒子制备的技术领域，特别涉及一种利用加热器将金属粉末在真空腔体中快速加热熔化，并利用液滴自身表面张力球化的技术。本方法制备的球形微粒子粒径可控、圆球度高、粒子无污染且制备效率高，适合于制备熔点合适的各种材料，可满足激光熔覆或增材制造领域高品质微粒子的需求。

Description

一种球形微粒子的制备方法

技术领域

本发明公开了一种球形微粒子制备方法，包括刨花制备、破碎、球磨、筛选、快速加热熔化及球化工序，属于球形微粒子制备的技术领域。

背景技术

均匀球形微米级粒子的尺寸介于纳米到毫米之间，是一种特殊的球形粉末颗粒。无论是在尺寸衔接和性能需求方面，还是在净成形及微加工制造领域，这种粒子都有其无可替代的地位和作用。激光熔覆因稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好及适合熔覆材料多等特点，在材料表面改性、表面修复及增材制造领域的应用前景十分广阔，而激光熔覆所用的微粒子质量如粒径、真圆度及密度等直接决定了熔覆质量。

目前传统的微粒子制备手段主要是气雾化法和离心雾化法。采用上述方法制备的满足激光熔覆粒度分布的微粒子数量极低，且粒子中含有大量的卫星滴，即颗粒上附着小的颗粒，同时还存在更多的空心粒子及受坩埚材质污染的粒子等，严重影响了粒子的流动性、铺粉性能、洁净度及致密性，进而严重影响了制件的质量。因此，传统的雾化法无论在经济及技术上都难以满足载能束表面改性及增材制造用球形微粒子制备的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种球形微粒子制备方法，制得粒子的粒径均匀、真圆度高及洁净度高，可满足激光熔覆、增材制造等高端领域的粒子需求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是先通过机械的方法依次获取原料的碎片、粉末，并对粉末进行分级筛选获得目标尺寸的粉末，然后采用无坩埚、非雾化的粉末加热、球化方法制备球形微粒子，具体如下：

1.一种球形微粒子制备方法，其特征在于，包括刨花制备、破碎、球磨、筛选、快速加热熔化及球化工序，具体步骤如下：

1)采用机加工设备将块状或棒状原材料加工成金属刨花，加工时调整合适的进给量使刨花厚度小于0.5mm，宽度小于3mm；

2)将金属刨花放入双辊破碎机中破碎成片状，破碎后的金属片长度小于10mm；

3)将金属片放入球磨机中进行粉碎，球磨参数取决于材料材质；

4)为提高生产效率和出粉率，球磨一定时间后进行粉末分级筛选，且下筛板的筛孔直径φ_l小于上筛板的筛孔直径φ_u，使得粉末直径φ_p满足以下关系：φ_l≤φ_p≤φ_u，尺寸大于φ_u的粉末与金属片一起放入球磨机中，重复步骤3)、4)继续进行球磨和筛选；

5)将筛选出的球磨粉末在环形加热器中进行快速加热至熔化，熔化的液滴在自由下落过程中依靠自身表面张力完成球化过程，形成球形微粒子，然后落入收集器皿中。

2.根据权利要求1所述的一种球形微粒子制备方法，其特征在于，所述的球磨粉末快速加热熔化及球化工序，具体步骤如下：

1)先将筛选出的球磨粉末1加入漏斗形料仓2中，然后关上炉门5；

2)用机械泵11将仓体7抽到低真空1Pa，再用扩散泵12将仓体抽到高真空0.001Pa；

3)根据被加热原料设定功率，为环形加热器7通电，使加热温度高于原料熔点20-40℃；

4)开启传动带4，打开料仓2，将球磨粉末1运送到环形加热器7上方，粉末依靠自身重力自由下落，进入到环形加热器7内后，快速加热至熔化形成液滴6，液滴在自由下落过程中依靠自身表面张力完成球化过程，形成球形微粒子9，然后落入收集器皿10中；

5)待收集结束后，停止给环形加热器7通电，依次关掉扩散泵12，机械泵11，打开通气管13，打开仓体8的炉门5，取出均一球形微粒子9。

针对本发明的制备方法，具体说明如下：

筛选球磨粉末所用的上下筛板的筛孔尺寸依据预制备的球形微粒子的尺寸而定，提前对粉末进行筛选便于环形加热器功率的精准选择，防止出现大尺寸粉末在加热器7中未完全熔化的情况或加热器功率过大导致的高能耗。

加热器7的加热温度与原料材质有关，原料熔点确认后，将加热器7的温度调至高于原料熔点20-40℃，一方面可确保原料完全熔化，一方面使液滴具备足够的表面张力便于球化。

漏斗形料仓2的下料速率及传送带4的速率可调，以确保进入加热器的粉末数量适宜，使得熔化后的液滴不相互粘连或聚集。

与现有技术比较，本发明至少具有以下有益效果：

1)由于不需要气雾化法所需的气体作为液体破碎成粉的动力，所制备微粒子中空心球及卫星球数量比气雾化法少；

2)由于球磨粉末在真空状态下熔化，熔化过程中不与坩埚接触，使得微粒子不受坩埚材质污染，洁净度高；

附图说明

附图1是球磨粉末快速加热熔化及球化工序的装置示意图。

图中：1球磨粉末，2料仓，3传动轮，4传送带，5炉门，6液滴，7环形加热器，8仓体，9球形微粒子，10收集器皿，11机械泵，12扩散泵，13通气管

具体实施方案

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本发明采用的技术方案是先通过机械的方法依次获取原料的碎片、粉末，并对粉末进行分级筛选获得目标尺寸的粉末，然后采用无坩埚、非雾化的粉末加热、球化方法制备球形微粒子。

实施例：

批量制备粒径为100～150μm的AA7075铝合金球形微粒子的具体实施方式：

1)采用车床将Φ20mm的AA7075铝合金圆棒加工成金属刨花，加工时调整合适的进给量使刨花厚度小于0.5mm，宽度小于3mm；

2)将铝合金刨花放入双辊破碎机中破碎成片状，破碎后的铝合金片长度小于10mm；

3)将铝合金片放入高能行星球磨机中进行粉碎，球磨时间为2h；

4)对球磨粉末分级筛选：下筛板的筛孔目数为160目，对应筛孔直径φ_l为96μm，上筛板的筛孔目数为100目，对应筛孔直径φ_l为150μm，球磨粉末依次经过上下筛板的筛选，则下筛板上的球磨粉末为目标粉末，将上筛板上的铝合金粉或片放入球磨机中继续粉碎，并对下筛板筛出的粉末进行回收；

5)将筛选出的球磨粉末1加入漏斗形料仓2中，然后关上炉门5；

6)用机械泵11将仓体7抽到低真空1Pa，再用扩散泵12将仓体抽到高真空0.001Pa；

7)设定环形加热器7功率为1KW后通电加热，使加热温度为655℃；

4)开启传动带4，打开料仓2，将球磨粉末1运送到环形加热器7上方，粉末依靠自身重力自由下落，进入到环形加热器7内后，快速加热至熔化形成液滴6，液滴在自由下落过程中依靠自身表面张力完成球化过程，形成球形铝合金微粒子9，然后落入收集器皿10中；

5)待收集结束后，停止给环形加热器7通电，依次关掉扩散泵12，机械泵11，打开通气管13，打开仓体8的炉门5，取出均一球形铝合金微粒子9。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种球形微粒子制备方法，其特征在于，包括刨花制备、破碎、球磨、筛选、快速加热熔化及球化工序，具体步骤如下：

1）采用机加工设备将块状或棒状原材料加工成金属刨花，加工时调整合适的进给量使刨花厚度小于0.5mm，宽度小于3mm；

2）将金属刨花放入双辊破碎机中破碎成片状，破碎后的金属片长度小于10mm；

3）将金属片放入球磨机中进行粉碎，球磨参数取决于材料材质；

4）为提高生产效率和出粉率，球磨一定时间后进行粉末分级筛选，且下筛板的筛孔直径φ _l 小于上筛板的筛孔直径φ _u ，使得粉末直径φ _p 满足以下关系：φ _l ≤φ _p ≤φ _u ，尺寸大于φ _u 的粉末与金属片一起放入球磨机中，重复步骤3）、4）继续进行球磨和筛选；

5）将筛选出的球磨粉末在环形加热器中进行快速加热至熔化，熔化的液滴在自由下落过程中依靠自身表面张力完成球化过程，形成球形微粒子，然后落入收集器皿中。

2.根据权利要求1所述的一种球形微粒子制备方法，其特征在于，所述的球磨粉末快速加热熔化及球化工序，具体步骤如下：

1）先将筛选出的球磨粉末1加入漏斗形料仓2中，然后关上炉门5；

2）用机械泵11将仓体7抽到低真空1Pa，再用扩散泵12将仓体抽到高真空0.001Pa；

3）根据被加热原料设定功率，为环形加热器7通电，使加热温度高于原料熔点20-40℃；

4）开启传动带4，打开料仓2，将球磨粉末1运送到环形加热器7上方，粉末依靠自身重力自由下落，进入到环形加热器7内后，快速加热至熔化形成液滴6，液滴在自由下落过程中依靠自身表面张力完成球化过程，形成球形微粒子9，然后落入收集器皿10中；

5）待收集结束后，停止给环形加热器7通电，依次关掉扩散泵12，机械泵11，打开通气管13，打开仓体8的炉门5，取出均一球形微粒子9。